SE420595B

SE420595B - SET TO MAKE A LIGHT BALL CONCRETE

Info

Publication number: SE420595B
Application number: SE8100489A
Authority: SE
Inventors: B Hedberg; L Berntsson; O Magnusson; S Carlsson
Original assignee: Bofors Ab
Priority date: 1981-01-27
Filing date: 1981-01-27
Publication date: 1981-10-19
Also published as: SE8100489L

Description

a1oo4s9-7 2 Det finpartikliga material som ger upphov till det här aktuella i färskt tillstånd extremt stabila bruket har både en luftpor- bildande och en vattenreducerande effekt. a1oo4s9-7 2 The fine-particle material that gives rise to the extremely stable mill in question in its fresh state has both an air-pore-forming and a water-reducing effect.

En färsk cementbaserad bindemedelsblandning (cementbruk eller be- tongmassa) består av fasta partiklar, vatten och luft. Den cement- bundna betongen, som har den volymmässigt största andelen inom bygg- nadsindustrien består i huvudsak av ungefär 100 liter cment, 200 liter vatten, 650 liter stenmaterial av vilket allt under 4 mm dia- meter brukar betecknas som sand och resten som sten samt 50 liter luft, räknat på 1000 liter.färsk betongmassa. Av de 200 liter vatten som behövs för att göra blandningen ifråga bearbetbar binds en unge- fär 60 lit upp kemiskt i den hårdnade cementpastan medan resterande mängd binds fysikaliskt som gel- och kapilärvatten.A fresh cement-based binder mixture (cement mortar or concrete mass) consists of solid particles, water and air. The cement-bonded concrete, which has the largest share in terms of volume in the construction industry, mainly consists of approximately 100 liters of cement, 200 liters of water, 650 liters of stone material, of which less than 4 mm in diameter is usually referred to as sand and the rest as stone and 50 liters of air, calculated on 1000 liters. Fresh concrete mass. Of the 200 liters of water needed to make the mixture processable, about 60 liters are chemically bound in the hardened cement paste, while the remaining amount is physically bound as gel and capillary water.

De i cementbruket eller betongen ingående fasta partiklarna utgörs av ballast d v s sten och sand i olika fraktioner, de egentliga cementkornen samt i vatten utfällda hydratationsprodukter. Cement- kornen reagerar med delar av blandningsvattnet till en hydratations- produkt som utgör ett kolloidalt mineraliskt lim, cementgelen. Vatten- återstoden och luften fördelas i den av cementgel- och ballast formade grundmassan. I det färska bruket återfinns vattnet som menisker i hål- rummen mellan närliggande fasta cement- och ballastpartiklar, medan luften i sin tur bildar porer mellan dessa partiklar och vattenmenis- kerna. De tidigare nämnda utfällda hydratationsprodukternas partikel- storlek ligger i Ångströmsområdet medan cementkornens medelkornstor- lek ligger vid ca 5 pm. Sanden och övrigt ballastmaterial slutligen har en kornstorlek från omkring 0,1 mm upp till någon eller några cen- timeter. Ett färskt cementbruk får om inga speciella åtgärder vidtages en lufthalt på mellan 1,5 och 3,5 volymsprocent. I den hârdnade cement- bundna massan finns såväl luft- som vattenfyllda porer. Förutom dessa porer, vars porstorlek i en väl packad cementbunden massa ligger mel- lan 10-1 och 1 mm, bildas även s k kapillärporer med en porstorlek- om 10-4 till 10-2 mm samt i den hårdnade cementgelen s k gelporer med en porstorlek omkring 10-6 mm.The solid particles included in the cement mill or concrete consist of ballast, ie stone and sand in different fractions, the actual cement grains and hydration products precipitated in water. The cement grains react with parts of the mixing water to form a hydration product that forms a colloidal mineral adhesive, the cement gel. The water residue and the air are distributed in the matrix formed of cement gel and aggregate. In the fresh mill, the water is found as menisci in the cavities between nearby solid cement and ballast particles, while the air in turn forms pores between these particles and the water menisci. The particle size of the previously mentioned precipitated hydration products is in the Ångström area, while the average grain size of the cement grains is at about 5 [mu] m. The sand and other aggregate material finally have a grain size from about 0.1 mm up to one or a few centimeters. A fresh cement mill may, if no special measures are taken, have an air content of between 1.5 and 3.5% by volume. The hardened cementitious mass contains both air- and water-filled pores. In addition to these pores, whose pore size in a well-packed cementitious mass is between 10-1 and 1 mm, so-called capillary pores with a pore size of 10-4 to 10-2 mm are also formed and in the hardened cement gel so-called gel pores with a pore size about 10-6 mm.

Gelporernas storlek och antal kan endast i ringa utsträckning påver- kas via utgångsblandningens vattenhalt däremot bestäms kapilärporerna av vattencementtalet. Ett stort antal olika sätt att öka luftporhalten i en färsk cement- eller betongmassa finns vidare beskrivna i littera- turen . 8100489-7 Gelporernas storlek och antal kan endast i ringa utsträckning påverkas via utgångsblandningens vattenhalt däremot bestäms kapilär- porerna av vattencementtalet. Ett stort antal olika sätt att öka luftporhalten i en färsk cement- eller betongmassa finns vidare be- skrivna i litteraturen.The size and number of gel pores can only be affected to a small extent via the water content of the starting mixture, however, the capillary pores are determined by the water cement number. A large number of different ways to increase the air pore content in a fresh cement or concrete mass are further described in the literature. 8100489-7 The size and number of gel pores can only be affected to a small extent via the water content of the starting mixture, however, the capillary pores are determined by the water cement number. A large number of different ways of increasing the air pore content in a fresh cement or concrete mass are further described in the literature.

I Byggforskningsbroschyren påpekas att dylika luftporbildande medel dels ökar den totala lufthalten i den färska cement- ellr betongbland- ningen, dels medverkar till en jämnare fördelning av luftporerna i grundmassan samtidigt som man därigenom i viss mån ökar halten av små luftblåsor d v s sådana med en diameter mellan 0,05 och 0,5 mm. Det- ta ger så länge dessa finfördelade luftblåsor består den färska massan en förbättrad stabilitet som även bidrar till en minskad vattensepara- tion. Om man främst önskar förbättra den färska massans stabilitet utan andra krav på en viss lufthalt räcker det enligt allmänt känd teknik att dosera för en luftmängd om 3,0-4,0 %. En ökad inblandning av luft har även en viss förbättrande effekt på den färska massans flytbarhet, eftersom luftporerna ger upphov till en minskad friktion mellan de fasta partiklarna i massan och därigenom gör denna mer lättarbetad. Höga halter av fast finmaterial anses emellertid vid ökad lufthalt ge en seg klibbig betong. Eftersom man som regel utgår från en cement- eller betongmassas konsistens kan man vid tillsats av luftporbildande medel som regel sänka blandningens vattenhalt. En- ligt en i litteraturen angiven tumregel bör vattenhalten i ett färskt cementbruk vid oförändrad konsistens kunna minskas med hälften av den genom tillsats av luftporbildande medel uppnådda lufthaltsökningen.The Building Research Brochure points out that such air pore-forming agents increase the total air content in the fresh cement or concrete mixture, and contribute to a more even distribution of the air pores in the matrix, while at the same time increasing the content of small air bubbles, ie those with a diameter between 0.05 and 0.5 mm. As long as these atomized air bubbles are present, the fresh mass provides improved stability which also contributes to reduced water separation. If one primarily wishes to improve the stability of the fresh pulp without other requirements for a certain air content, it is sufficient according to generally known technology to dose for an air volume of 3.0-4.0%. An increased mixture of air also has a certain improving effect on the flowability of the fresh pulp, since the air pores give rise to a reduced friction between the solid particles in the pulp and thereby make it easier to work with. However, high levels of solid fines are considered to give a tough, sticky concrete with increased air content. Since the consistency of a cement or concrete mass is usually based on the addition of air pore-forming agents, the water content of the mixture can usually be reduced. According to a rule of thumb stated in the literature, it should be possible to reduce the water content of a fresh cement mortar with unchanged consistency by half of the increase in air content achieved by adding air pore-forming agents.

Jämsides med den tidigare påtalade minskade vattenseparationen medför även en ökning av mängden fina luftporer i grundamassan att stora ballastkorn inte så lätt skiljs ut ur den färska blandningen. De häri- genom uppnådda konsistensändringarna är dock relativt begränsade efter- som de är direkt beroende av den mängd stabil luft som på detta sätt kan indragas i massan. Den kanske vanﬁgaste orsaken till att man till- för luftporbildande medel torde dock vara att man önskar göra den hård- nade massan frostbeständig. De genom tillsats av luftporbildande medel åstadkomna hålrummen kommer nämligen att finnas tillgängliga som expan- sionskamrar för i porsystemet i övrigt befintligt vatten då detta i samband med att det fryser ökar sin volym.Along with the previously pointed out reduced water separation, an increase in the amount of fine air pores in the matrix also means that large aggregate grains are not so easily separated from the fresh mixture. However, the consistency changes achieved thereby are relatively limited as they are directly dependent on the amount of stable air that can be drawn into the pulp in this way. Perhaps the most common reason for adding pore-forming agents, however, is probably the desire to make the hardened mass frost-resistant. The cavities created by the addition of air pore-forming agents will in fact be available as expansion chambers for water present in the pore system in other respects, as this increases its volume in connection with freezing.

Härigenom förhindras att porväggarna sprängs sönder när den omgivande temperaturen sjunker under fryspunkten. En luftporvolym om ca 5 vo- lyms-% anses ge en maximal frostbeständighet och detta är relativt enkelt att uppnå. Så länge eventuellt ballastmaterials hâllfasthet 8100489-7 ligger över den stelnade cementpastans kommer dennas hâllfasthet att vara bestämmande för massans. Den hårdnade massans egenskaper blir i mycket stor utsträckning beroende av den ursprungliga bland- ningens vatten- och luftinnehåll.This prevents the pore walls from bursting when the ambient temperature drops below the freezing point. An air pore volume of about 5% by volume is considered to give a maximum frost resistance and this is relatively easy to achieve. As long as the strength of any aggregate material is above the solidified cement paste, its strength will determine the mass. The properties of the hardened mass become to a very large extent dependent on the water and air content of the original mixture.

Som luftporbildande medel har ett flertal olika material kommit till användning såsom förtvâlade hartser, alkylarylsulfonat, kalciumligno- sulfonat samt hydroxietylcellulosa i kombination med tensider. Dessa tillsatser bygger funktionsmässigt på att man med hjälp av de ingåen- .de skumbildarna initierar och bygger upp ett mer eller mindre stabilt skum med vars hjälp man kan införa ökade luftmängder i en färsk ce- ment- eller betongmassa. De härigenom initierade luftporerna blir hu- vudsakligen av storleksordningen 0,1-1 mm. Dessa tillsatser gör det möjligt att tillverka cementbruk och betong med sänkt densistet. Skum- blåsor av denna storleksordning har emellertid dålig egenhállfasthet och det härigenom uppbyggda porsystemet kan därför kollapsa innan cementbindemedlet hunnit hârdna. Detta gäller speciellt när man söker införa stora luftmängder. Tillsatsernas övervägande hydrofila karak- tär kan även bidra till en ökad vattenupptagning i den hårdnade mas- san. Man kan även genom tillsats av enbart tensid (antingen anjonaktiv eller nonjonaktiv) inom vissa gränser förändra såväl konsistensen som den ingående luftmängden i en färsk cementkomposition. Oavsett vilken tensidtyp som har kommit tillanvändning har detta förfarande emeller- tid visat sig vara mycket känsligt med avseende på den tillsatta ten- sidmängden som på sin höjd skall utgöra något eller några promille av hela blandningen. De i sammanahanget aktuella tensiderna är mycket effektiva och kan snabbt ge en stor mängd luftblåsor. Stabiliteten hos dessa varierar dock mycket kraftigt. Anjonaktiva tensider sänker i regel ytspänningen drastiskt vid små tillsatser medan de nonjonak- tiva tensiderna har någon mindre effekt vid en och samma koncentration.As air pore-forming agent, a number of different materials have been used such as saponified resins, alkylaryl sulfonate, calcium lignosulfonate and hydroxyethylcellulose in combination with surfactants. Functionally, these additives are based on initiating and building up a more or less stable foam with the aid of the included foam formers, with the aid of which increased air volumes can be introduced into a fresh cement or concrete mass. The air pores initiated thereby become mainly of the order of 0.1-1 mm. These additives make it possible to produce cement mortar and concrete with reduced density. However, foam bubbles of this order of magnitude have poor self-strength and the pore system thus constructed can collapse before the cement binder has hardened. This is especially true when seeking to introduce large amounts of air. The predominantly hydrophilic nature of the additives can also contribute to increased water uptake in the hardened mass. It is also possible to change both the consistency and the amount of air contained in a fresh cement composition by adding surfactant alone (either anionic or nonionic) within certain limits. Irrespective of the type of surfactant that has been used, however, this process has proved to be very sensitive with respect to the amount of surfactant added, which should at most constitute one or a few per mille of the whole mixture. The surfactants in question in this context are very effective and can quickly produce a large amount of air bubbles. However, the stability of these varies greatly. Anionic surfactants generally lower the surface tension drastically with small additives, while the nonionic surfactants have a slightly smaller effect at one and the same concentration.

För båda dessa typer av tensid gäller emellertid framförallt vid överdosering att de från början alstrade luftblâsorna snabbt rekombi- neras d v s slå sig samman till större enheter. Vid främst de anjon- aktiva tensiderna kan denna rekombination ske i en sådan omfattning att luft lämnar systemet och en kollaps inträder d v s den färska blandningen sjunker samman. Vissa nonjonaktiva tensider uppvisar be- tydligt bättre stabilitet och därför en större tolerans mot överdo- ysering men det märks dock mycket väl att rekombinationen tilltar vid' t ex en intensivare omröring. Det är inte heller möjligt att genom reglering av sådana parametrar som valet av omrörartyp, tillsatt ten- sidmängd och intensiteten i omröringen kontrollera den inblandade 5 a1uo4s9-7 luftmängden eller luftporernas storlek vilken kommer att variera mellan 0,1 och flera mm.For both of these types of surfactant, however, it is above all in the case of overdose that the air bubbles generated from the beginning are quickly recombined, ie they merge into larger units. In the case of mainly the anion-active surfactants, this recombination can take place to such an extent that air leaves the system and a collapse occurs, i.e. the fresh mixture collapses. Some nonionic surfactants show significantly better stability and therefore a greater tolerance to overdose, but it is very noticeable that the recombination increases with, for example, more intensive stirring. It is also not possible by controlling such parameters as the choice of agitator type, added surfactant amount and the intensity of the agitation to control the amount of air involved or the size of the air pores which will vary between 0.1 and several mm.

Vid tillsatser av ovan beskrivet slag kan avsikten vara att blanda in luft, eller det att man ej vill tillföra en betongblandning ytterligare luft. Genom val av typ av tensid och tillsatt mängd kan bådadera effekterna uppnås.In the case of additives of the type described above, the intention may be to mix in air, or that one does not want to add additional air to a concrete mixture. By choosing the type of surfactant and the amount added, both effects can be achieved.

Man har således redan tidigare försökt manipulera strukturen i en färsk cementkomposition genom diverse tillsatser vilka primärt har en om än begränsad luftindragande effekt. Att åtminstone vissa av dessa luftporbildare även haft en tendens att öka halten fina luft- porer i blandningen är likaledes förut känt. Generellt gäller dock att dessa äldre typer av luftporbildare även gett upphov till stora mängder relativt grova porer d v s sådana med en porstorlek om 0,1- 1,0 mm och däröver.Thus, attempts have already been made to manipulate the structure of a fresh cement composition by various additives which primarily have an albeit limited air-withdrawing effect. It is also previously known that at least some of these air pore formers also had a tendency to increase the content of fine air pores in the mixture. In general, however, these older types of air pore formers have also given rise to large amounts of relatively coarse pores, i.e. those with a pore size of 0.1-1.0 mm and above.

Sättet enligt svensk utläggningsskrift 7614518-4 hänför sig nu till ett sätt att initiera en extrem fin- och jämnporig struktur i ett färskt cementbruk. Denna speciella porstruktur åstadkommas genom att man i det färska bruket införlivar ett finpartikligt material med en viss partikelstorlek och form samt med vissa definierade ytegenskaper.The method according to Swedish Offenlegungsschrift 7614518-4 now refers to a method of initiating an extremely fine and even-pore structure in a fresh cement mill. This special pore structure is achieved by incorporating in the fresh mill a fine-particle material with a certain particle size and shape and with certain defined surface properties.

Dessa specifika egenskaper ger materialet ifråga en markant luftin- dragande förmåga parad med förmågan att hålla samman den indragna luften i extremt fina och stabila blåsor vilka under beredningen av bruket fördelas i detta utan att rekombineras med varandra. Härigenom erhålles ett extremt finporigt bruk. I de för det partikelformiga materialet utmärkande egenskaperna ingår att de enskilda partiklarna uppvisar till respektive partikelyta koncentrerade hydrofila och hydrofoba egenskaper, vilka på visat sätt avbalanserats relativt varandra. Denna kombination av varandra motstridiga egenskaper gör det uppenbarligen möjligt för partiklarna ifråga att spjälka upp stora vattenmenisker i smärre.These specific properties give the material in question a marked air-entraining ability paired with the ability to hold the entrapped air together in extremely fine and stable blisters which during the preparation of the mill are distributed in it without being recombined with each other. This results in an extremely fine-pore use. The properties characteristic of the particulate material include that the individual particles have concentrated hydrophilic and hydrophobic properties concentrated on the respective particle surface, which in a manner shown are balanced relative to each other. This combination of contradictory properties obviously makes it possible for the particles in question to split up large water menisci into smaller ones.

Någon annan förklaring har vi ej kunnat finna på att ett i enlighet med detta förfarande framställt hårdnat cementbruk kan uppvisa en porstruktur i vilken huvudparten av samtliga porer ligger inom stor- leksomrâdet 5-30 pm. Grova porer åstadkomna av stora vattenmenisker är annars mycket vanliga. Det hârdnade brukets porstruktur har upp- mätts i svepelektronmikroskop. I det färska bruket kan detta vara svårare, men det färska brukets porer motsvaras, om ingen kollaps av 8100489-'7 porsystemet inträffar före hårdnandet, av det stelnade brukets porer, OCh med den skillnaden att en del av porerna i det färska bruket är vattenfyllda.We have not been able to find any other explanation for the fact that a hardened cement mortar produced in accordance with this procedure can have a pore structure in which the majority of all pores are within the size range 5-30 μm. Coarse pores caused by large water menisci are otherwise very common. The pore structure of the hardened mill has been measured in a scanning electron microscope. In the fresh mill this may be more difficult, but the pores of the fresh mill correspond, if no collapse of the pore system occurs before the hardening, of the pores of the solidified mill, AND with the difference that some of the pores in the fresh mill are water-filled .

Detta förfarande erbjuder sålunda ett sätt att framställa ett färskt cementbruk, som trots en så extrem lufthalt som upp emot 40 volyms-%, ändå uppvisar en mycket god stabilitet. Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas nu det sålunda erhållna brukets extremt goda stabilitet för att möjliggöra inblandningen av väsentligt större mängder ballast av annan densitet än bruket än vad som tidigare varit praktiskt möj- ligt. I ett bruk med mindre god stabilitet hinner den lätta ballasten flyta upp och den verkligt tunga sjunka mot botten innan bruket hårdnat.f Det här aktuella brukets goda stabilitet förklaras av att de ytspän- ningskrafter som förhindrar luftporerna i ett färskt cementbruk från att kollapsa under det omgivande trycket vid små porer eller vatten- menisker är väsentligt större än motsvarande förhållande vid de större.This process thus offers a way of producing a fresh cement mortar which, despite an extreme air content of up to 40% by volume, still exhibits very good stability. According to the present invention, the extremely good stability of the mill thus obtained is now used to enable the mixing of significantly larger amounts of ballast of a different density than the mill than was previously practically possible. In a mill with less good stability, the light ballast has time to float up and the really heavy sink to the bottom before the mill hardens.f The good stability of this current mill is explained by the surface tension forces that prevent the air pores in a fresh cement mill from collapsing under it the ambient pressure at small pores or water menisci is significantly greater than the corresponding ratio at the larger ones.

En annan effekt som uppnås vid ett så finporigt bruk som det här är frångan om är att bearbetbarheten förbättras. Detta förklaras av att de små luftporerna, så snart de sammanhâllande krafterna övervunnits, kommer att underlätta de fasta partiklarnas förskjutning relativt varandra. Som följd härav får bruket en avsevärt förbättrad gjutbar- het.Another effect that is achieved with such a fine-pore use as this is what is required is that the machinability is improved. This is explained by the fact that the small air pores, once the cohesive forces have been overcome, will facilitate the displacement of the solid particles relative to each other. As a result, the mill has a significantly improved castability.

Generellt talas i detta sammanhang om luftporer respektive luftin- dragande förmåga. Detta för att den omgivande atmosfären i det närmaste samtliga fall kommer att bestå av luft. Skulle denna av någon anledning bestå av annan gas gäller en motsvarande porbild- ning av denna. Här aktuellt partikelformigt material tycks närmast fungera som groddar för de fina porerna som därvid erhålles. Vi anser det därför troligt att porstrukturen kommer att bli ungefär densamma även vid en in situgenerad gas, d v s en fördelning av denna på mycket fina gasblåsor. v 8100l§89~7 Svensk utläggningsskrift 7614518-4 hänför sig sålunda till ett sätt att framställa ett extremt finporigt cementbruk genom att tillföra bruket relativt stora mängder finfördelad luft samt genom att med hjälp av denna finfördelade luft spjälka upp större vattensamlingar i bruket i mindre. Därvid erhålles porer i det stelnade bruket av storleks- ordningen 5-30 pm. Detta uppnås genom att man i det färska bruket införlivat 0,2-5,0 viktsprocent räknat på cementvikten av ett i huvud- sak sfäriskt, partikelformigt relativt cementens övriga komponenter kemiskt inert finmaterial som har en partikelstorlek om 0,1-1,0,nm, företrädesvis 0,2-0,8 pm och vars ytegenskaper uppvisar en avpassad balans mellan hydrofila och hydrofoba egenskaper. Denna typ av partikelformigt material har nämligen visat sig initiera mycket fina luftporer då komponenterna i bruket blandas med varandra. Det partikel- formiga materialets blandat hydrofila och hydrofoba karaktär ger partiklarna unika egenskaper som gör det möjligt för dessa att fungera som groddar för uppspjälkning av stora vattenmenisker i mindre. Det torde även vara fullt klart att det partikelformiga materialet påverkar sammanhållningen inom luftporerna. Dessa uppvisar nämligen en ' väsentligt bättre stabilitet än vad man haft orsak att förmoda. Detta visar sig framförallt i porernas ringa benägenhet till rekombination.In this context, air pores and air-withdrawing ability are generally discussed in this context. This is because the surrounding atmosphere in almost all cases will consist of air. Should this for any reason consist of other gas, a corresponding pore formation of this applies. The particulate material in question here seems to function almost as sprouts for the fine pores which are thereby obtained. We therefore consider it probable that the pore structure will be approximately the same even with an in situ gas, ie a distribution of this on very fine gas bubbles. v 8100l§89 ~ 7 Svensk utläggningsskrift 7614518-4 thus relates to a way of producing an extremely fine-pore cement mill by supplying the mill with relatively large amounts of atomized air and by using this atomized air splitting larger bodies of water in the mill into smaller ones. Thereby pores are obtained in the solidified mortar of the order of 5-30 μm. This is achieved by incorporating in the fresh mill 0.2-5.0% by weight, calculated on the cement weight, of a chemically inert fines having a substantially spherical, particulate relative to the other components of the cement having a particle size of 0.1-1.0. nm, preferably 0.2-0.8 μm and whose surface properties show a balanced balance between hydrophilic and hydrophobic properties. This type of particulate material has in fact been shown to initiate very fine air pores when the components in the mill are mixed with each other. The mixed hydrophilic and hydrophobic character of the particulate material gives the particles unique properties that enable them to function as sprouts for splitting large water menisci into smaller ones. It should also be quite clear that the particulate material affects the cohesion within the air pores. Namely, these show a 'significantly better stability than one had reason to suppose. This is especially evident in the pores' slight tendency to recombine.

Troligen sammanhänger detta med den ansamling av partikelformigt material till porernas fasgränser som vi kunnat iaktta i svepelektron- mikroskop. Denna partikelansamling till fasgränserna medför att porernas innerväggar efter cementens hårdnande till en del kommer att utgöras av detta material antingen i partikelform eller om partiklar- nas karaktär är sådan att en filmbildning kan äga rum av en mer eller mindre sammanhängande film. Ansamlingen till porväggarna torde även i viss mån gälla kapillärpornrna. vid främst formqiutna produkter har vi även kunnat iaktta en ansamllng av det partikelformiga materialet mot produktens yttersidor. Tillsammans ger detta en tät produkt med en mycket ringa vattenupptagning.This is probably related to the accumulation of particulate matter to the phase boundaries of the pores that we have been able to observe in the scanning electron microscope. This accumulation of particles to the phase boundaries means that the inner walls of the pores after the cement have hardened will partly consist of this material either in particulate form or if the nature of the particles is such that a film formation can take place of a more or less coherent film. The accumulation to the pore walls should also to some extent apply to the capillary pores. in the case of mainly molded products, we have also been able to observe an accumulation of the particulate material towards the outer surfaces of the product. Together, this provides a dense product with very little water uptake.

Som redan påpekatsmedför detta att ganska stora luftmängder dras in i bruket varför detta kan ges en för sättet enligt uppfinningen vara lämpat för framställning av en densitet av 1200-2000 kg/m3, vilket vid bruk med en egen densitet om 2300 kg/m3 (utan någon som helst innesluten luft) skulle motsvara lufthalten från i runt tal 13-14 volyms-% upp mot 40 volyms-&.As already pointed out, this means that quite large amounts of air are drawn into the mill, which is why it can be given a method suitable for the method according to the invention for producing a density of 1200-2000 kg / m3, which in use with its own density of 2300 kg / m3 (without any entrapped air) would correspond to the air content from around 13-14 volume% up to 40 volume &.

En på detta sätt initierad porbildning får ej störas genom en sam- tidig eller dessförinnan utförd tillsats av skumbildande medel t ex fri tensid eftersom man 1 så fall initierar en okontrollerad skum- a1ooas9-7 8 bildning som, även om de därvid i cementen indragna stora luftporerna genom det partikelformiga materialets inverkan bryts ned i finare porer, inverkar störande på den önskade strukturen.A pore formation initiated in this way must not be disturbed by a simultaneous or previously performed addition of foaming agents, for example free surfactant, since in that case an uncontrolled foaming formation is initiated which, even if the large the air pores are broken down into finer pores by the action of the particulate material, disturbing the desired structure.

Det partikelformiga materialet kan blandas med cementen som torrt pulver innan vattnet tillförs eller tillförs dispergerat i bland- ningsvattnet. Man måste dock tillse att det partikelformiga materialet i huvudsak finns tillgängligt som fria partiklar och ej klumpar ihop sig till stora aggregat. Genom sin storlek motsvarande 1/50-1/5 av cementpartiklarna kommer dessa sfäriska partiklar att hamna i det tomrum i partikelfördelningskurvan som i ett konventionellt cement- bruk finns mellan de tidigare omnämnda i vatten utlösta hydratations- produkterna och de egentliga cementpartiklarna. Detta torde vara en förklaring till att det partikelformiga materialet inte stör cement- strukturen utan fastmer medverkar till enförbättring av densamma.The particulate material can be mixed with the cement as a dry powder before the water is added or added dispersed in the mixing water. However, care must be taken that the particulate material is mainly available as free particles and does not clump together into large aggregates. Due to their size corresponding to 1 / 50-1 / 5 of the cement particles, these spherical particles will end up in the void in the particle distribution curve which in a conventional cement mill exists between the previously mentioned hydrated products and the actual cement particles. This should be an explanation for the fact that the particulate material does not disturb the cement structure but rather contributes to an improvement of the same.

Vid inblandningen i cementbruket torde partiklarna i första hand komma att attraheras till de närmast större partiklarna d v s cement- partiklarna och där utgöra de redan omtalade groddar för uppspaltning av vattenmeniskerna mellan dessa cementkorn inbördes och mellan cement- kornen och ballastkornen.When mixing in the cement mill, the particles should primarily be attracted to the nearest larger particles, i.e. the cement particles, and there they already constitute sprouts for splitting the water menisci between these cement grains and between the cement grains and the ballast grains.

Ett sätt att framställa polymera sfäriska förhållandevis jämna par- tiklar är genom emulsionpolymerisation, där polymeren kan utgöras av akrylat, styren, sampolymer av stvrenakryl, vinylacetat, sam- polymer vinylacetat-akryl, sampolymer styrenbutadien, vinylidenklorid eller liknande.One way to produce polymeric spherically relatively smooth particles is by emulsion polymerization, where the polymer may be acrylate, styrene, styrene acrylic copolymer, vinyl acetate, vinyl acetate-acrylic copolymer, styrene butadiene copolymer, vinylidene chloride or the like.

För att erhålla partiklar inom det i föreliggande sammanhang önskade storleksområdet 0,1-1,0 pm använder man sig av ytaktiva substanser, vars hydrofila del kan vara anjonaktiv, nonjonaktiv, katjonaktiv eller amfotär.To obtain particles within the desired range of 0.1-1.0 μm in the present context, surfactants are used, the hydrophilic part of which may be anionic, nonionic, cationic or amphoteric.

I handeln förekommande, i första hand för färg-, lim- eller annan tillverkning avsedda dispersioner,har dådeprovats som cementtillsats- medel visat sig medföra en omedelbar konsistensändring för det färska cementbruket förorsakad av en markant ökad luftinblandning. Effekten har dock varierat mycket från fall till fall samtidigt som de in- blandade luftblâsorna varit av mycket olika storlek (mellan 0,1 och [lura mm). ßenägenheten till rekombination mellan de härtgenom initierade blåsorna visade sig även vara mycket stor samtidigt som 8100489-'7 reproducerbarheten mellan olika försök med samma produkt var dålig.Commercially available dispersions, primarily for paints, glues or other manufacturing, have been proven to act as cement additives and have been shown to bring about an immediate change in the consistency of fresh cement mortar caused by a marked increase in air mixture. However, the effect has varied greatly from case to case, while the air bubbles involved have been of very different sizes (between 0.1 and [lura mm)). The propensity to recombine between the hard-initiated vesicles was also found to be very high while the reproducibility between different experiments with the same product was poor.

Detta har sin förklaring i den förhållandevis höga koncentration yt- aktiva ämnen som generellt förekommer i polymerdispersioner, och som nästan alltid dessutom är kombinerade med närvaron av polymeriser- bara polära substanser och/eller skyddskolloider. I en dylik disper- sion förekommer således förhållandevis höga koncentrationer ytaktiva ämnen som ej är tillräckligt starkt adsorberade på den polymera ytan.This is due to the relatively high concentration of surfactants that generally occur in polymer dispersions, and which are almost always also combined with the presence of polymerizable polar substances and / or protective colloids. Thus, in such a dispersion there are relatively high concentrations of surfactants which are not sufficiently strongly adsorbed on the polymeric surface.

Den del av dessa ytaktiva ämnen som inte är adsorberad till polymer- ytan ger i sig upphov till luftblåsor av en instabil karaktär vilka snabbt rekombineras eller kollapsar.The part of these surfactants that is not adsorbed to the polymer surface in itself gives rise to air bubbles of an unstable nature which quickly recombine or collapse.

I enlighet med föreliggande uppfinning skall därför det sfäriskt par- tikelformiga materialet uppvisa en hydrofil-hydrofob balans där par- tikeln i sig utgör den hydrofoba delen och där den mängd icke jonisk tensid som stabilt kan adsorberas på partikelns yta utgör den hydrofila delen.According to the present invention, therefore, the spherical particulate material should have a hydrophilic-hydrophobic balance where the particle itself constitutes the hydrophobic part and where the amount of non-ionic surfactant which can be stably adsorbed on the surface of the particle constitutes the hydrophilic part.

I enlighet med föreliggande uppfinning kan därvid partikeln ifråga utgöras av en homopolymer eller sampolymer bestående av styren och/ eller en eller flera estrar av akryl- eller metakrylsvra med en generella formeln R 1 CH2 = É - COORZ Där R1 = H eller CH3 och R2 = Alkoholradikal med 1-8 kolatomer, ex metylakrylat, etylakrylat, propylakrylat, butylakrylat,hexylakrylat eller 2-etylakrylat, metylmetakrylat, etylmetakrylat, butylmetakrylat, hexylmetakrylat, 2-etylhexylmetakrylat. Med ökad kedjelängd i alkoholradikalen tilltar hydrofobiteten och detta mäste man ta hänsyn till vid val av typ och mängd av den hydrofila komponenten.In accordance with the present invention, the particle in question may be a homopolymer or copolymer consisting of styrene and / or one or more esters of acrylic or methacrylic acid having a general formula R 1 CH 2 = E - COORZ Where R 1 = H or CH 3 and R 2 = Alcohol radical having 1-8 carbon atoms, ex methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, hexyl acrylate or 2-ethyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate. With increasing chain length in the alcohol radical, the hydrophobicity increases and this must be taken into account when choosing the type and amount of the hydrophilic component.

Partikeln ifråga kan även utgöras av en sampolymer av Styren- butadien eller en sampolymer av akryl-vinylidenklorid eller ren vinylidenklorid eller ren polyeten.The particle in question may also be a copolymer of styrene-butadiene or a copolymer of acrylic-vinylidene chloride or pure vinylidene chloride or pure polyethylene.

Den kan vidare utgöras av en icke syntetiserad naturprodukt som t ex asfalt. I så fall med en partikelstorlek om 0,1-0,8 pm.It can furthermore consist of an unsynthesized natural product such as asphalt. In that case with a particle size of 0.1-0.8 μm.

Den mängd tensid som stabilt kan adsorberas på de olika partiklarna varierar något mellan dessa med avseende på partiklarnas storlek och hydrofobitet samt tensidens egen hydrofilitet. 8100lr89-'7 10 Genom praktiska försök kan man sålunda visa att ett ytaktivt ämne har en starkare affinitet till en polymer ju hvdrofobare denna är. Detta innebär att en mycket hydrofob polymer har förmåga att adsorbera större mängd tensid än en mindre hydrofob polymer. Detta måste be- aktas i samband med föreliggande uppfinning eftersom en eventuell tensidmängd som kan frigöras från det partikelformiga materialet har en negativ effekt på cementbrukets porstruktur.The amount of surfactant that can be stably adsorbed on the various particles varies somewhat between them with respect to the size and hydrophobicity of the particles and the surfactant's own hydrophilicity. Thus, through practical experiments it can be shown that a surfactant has a stronger affinity for a polymer the more hydrophobic it is. This means that a highly hydrophobic polymer is capable of adsorbing a greater amount of surfactant than a less hydrophobic polymer. This must be taken into account in connection with the present invention because any amount of surfactant that can be released from the particulate material has a negative effect on the pore structure of the cement mill.

Generellt gäller sålunda att tensidmängden varierar mellan 0,1-5,0 viktsprocent räknat på hela det partikelformiga materialet. Vid de på akrylsyra eller metakrylsyra baserade polymererna samt de på akryl - vinylidenklorid baserade polymererna gäller emellertid företrädesvis de snävare gränserna 0,1-3,0 viktsprocent. Vid de hydrofobare mat- erialen asfalt, polyeten och styren-butadien gäller de vidare generella gränserna 0,1-5,0 viktsprocent. Lämplig tensidmängd är vidare inom de ovan angivna gränserna beroende av partikelstorlek och tensidtyp.Thus, in general, the amount of surfactant varies between 0.1-5.0% by weight, based on the entire particulate material. However, in the case of the acrylic acid or methacrylic acid based polymers and the acrylic vinylidene chloride based polymers, the narrower limits of 0.1-3.0% by weight preferably apply. In the case of the hydrophobic materials asphalt, polyethylene and styrene-butadiene, the further general limits apply 0.1-5.0% by weight. The appropriate amount of surfactant is furthermore within the above stated limits depending on the particle size and surfactant type.

Exempel på lämpliga icke joniska tensider är oxetylerade alkylfenol där antal etylenoxidenheter varierat från 6-40, polyoxyetylen sorbitan monlaurat med ca 20 enheter etylenoxid, polyoxyetylen sorbitan mono- palmitat, polyoxyetylen sorbitan monooleat.Examples of suitable non-ionic surfactants are oxetylated alkylphenol where the number of ethylene oxide units ranged from 6-40, polyoxyethylene sorbitan monlaurate with about 20 units ethylene oxide, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monooleate.

Som exempel på partikelformiga material som visat sig fungera mycket bra kan nämnas akrylbaserade produkter med en partikelstorlek 0,2-0,6 pm samt asfaltpartiklar med partikelstorleken 0,1-0,8 pm.Examples of particulate materials which have been found to work very well are acrylic-based products with a particle size of 0.2-0.6 μm and asphalt particles with a particle size of 0.1-0.8 μm.

Föreliggande uppfinning hänför sig nu till ett sätt att utnyttja detta cementbruk för framställningen av en lättballastbetong med en densitet under 1400 kg/m3 i vilket ballastmaterialet och det sammanhâllande cementbruket har markant olika densitet och vars ballastprocent överstiger 45-50 volymsprocent. Med lättballast anses här ballast- material med en medelkorndensitet mindre än 1200 kg/m3. I beteckning lättballastbetong inräknas här endast sådana produkter där cement- bruket bortsett från dess egen porositet helt utfyller utrymmet mellan ballastkornen.The present invention now relates to a method of using this cement mortar for the production of a lightweight aggregate concrete with a density below 1400 kg / m3 in which the aggregate material and the cohesive cement mortar have markedly different densities and whose aggregate percentage exceeds 45-50% by volume. With light ballast, ballast material with an average grain density of less than 1200 kg / m3 is considered here. The term light ballast concrete only includes products where the cement mill, apart from its own porosity, completely fills the space between the ballast grains.

Det har hitills visat sig vara mycket svårt att med hjälp av på marknaden förekommande cementtillsatsmedel åstadkomma en samman- hållande och gjutbar lättballastbetong med en ballasthalt över- stigande 45-50 volymsprocent. Orsaken till dessa svårigheter kan 11 8100489-7 främst härledas till den stora densitetsdifferens som råder mellan cementbruket och lättballasten. Brukets sammanhållande krafter har varit för svaga för att förhindra de lättarv ballastpartiklarna från att separera och flyta upp i bruket vid den färska betongens bearbetning. Man erhåller då en hålrumsbetonq i vilken hâlrummen mellan de större ballastpartiklarna ej är helt utfyllt av cement- bruket. Hålrumsbetong av denna typ framställs dock enklare genom att man redan från början begränsar tillsatsen av cement till enbart den mängd som krävs för en sammanbindning av ballastkornen. Dylika pro- dukter, som främst användes som murblock, tillverkas idag av ett fler- tal fabrikanter.It has so far proved to be very difficult to achieve a cohesive and pourable lightweight ballast concrete with a ballast content exceeding 45-50% by volume with the aid of cement additives available on the market. The reason for these difficulties can mainly be traced to the large density difference that prevails between the cement mill and the light ballast. The cohesive forces of the mill have been too weak to prevent the easily inherited ballast particles from separating and floating up in the mill during the processing of the fresh concrete. A cavity concrete is then obtained in which the cavities between the larger ballast particles are not completely filled by the cement mill. Cavity concrete of this type is, however, made easier by limiting the addition of cement from the outset to only the amount required for a bonding of the aggregate grains. Such products, which were mainly used as masonry blocks, are today manufactured by a number of manufacturers.

Då ett murblock av denna typ nedsänkes i vatten utfylles nästan momen- tant utrymmet mellan de grövre ballastpartiklarna med vatten. Produkter av typ hålrumsbetonq innefattas ej i uppfinningen. De kan lätt framställas med konventionellt cementbruk.When a masonry block of this type is immersed in water, the space between the coarser ballast particles is almost instantaneously filled with water. Products of the cavity concrete type are not included in the invention. They can be easily produced with conventional cement mortar.

I enlighet med nu aktuell variant av uppfinningen har det sålunda blivit möjligt att tillverka en lättballstbetong med en densitet under 1400 kg/m3 innehållande företrädesvis 80-140 liter cement/m3 betong, 450-800 liter lättballast/m3betong, 0-100 liter sand/m3 betong (sand kan ersättas av annat material som eventuellt kan ingå i bindemedels- delen), 100-180 liter vatten/m3 betong samt 0,2-5,0 viktsprocent räknat på cementvikten av i huvudsak sfäriska relativt övriga i bruket ingående komponenter kemiskt inerta partiklar, vilka har en par- tikelstorlek om 0,1-1,0 pm och vilka består av ett hydrofobt material som stabiliserats i den aktuella partikelformen medelst en icke jonisk tensid som adsorberats på partiklarnas yta till en halt av 0,1-5,0 viktsprocent räknat på mängden partikelformigt material.In accordance with the present variant of the invention, it has thus become possible to manufacture a lightweight ballast concrete with a density below 1400 kg / m3 containing preferably 80-140 liters of cement / m3 concrete, 450-800 liters of lightweight ballast / m3 concrete, 0-100 liters of sand / m3 concrete (sand can be replaced by other material that may be included in the binder part), 100-180 liters of water / m3 concrete and 0.2-5.0 weight percent calculated on the cement weight of mainly spherical relative to other components included in the mill chemically inert particles, which have a particle size of 0.1-1.0 μm and which consist of a hydrophobic material which has been stabilized in the particulate form by means of a non-ionic surfactant which is adsorbed on the surface of the particles to a content of 0.1-5. .0% by weight based on the amount of particulate matter.

Tillsammans ger dessa beståndsdelar en komposit i vilken det samman- hållande cementbruket genom den vid blandningen indragna luften er- hållit en densitet om 1200-2000 kg/m3 vid en huvudsaklig porstorlek om 5-30 pm. Cementbruk med en densitet under 1600 kg/cm3 får dock som regel en allt för låg hållfasthet om inte den i bruket ingående sand- fraktionen ersätts av något latent hydrauliskt bindemedel såsom flygaska, finmald granulerad masugnsslagg, puzzolaner eller dylikt.Together, these constituents give a composite in which the cohesive cement mortar has obtained a density of 1200-2000 kg / m3 at a main pore size of 5-30 μm through the air entrained in the mixture. Cement mills with a density below 1600 kg / cm3, however, usually have an excessively low strength unless the sand fraction included in the mill is replaced by some latent hydraulic binder such as fly ash, finely ground granulated blast furnace slag, pozzolans or the like.

Aktuell lättballast räknar vi med att ha en korndensitet under 1200 kg/m3 och mängden motsvarar 40-80 volymsprocent. En sålunda framställd blandning är tack vare den inblandade luftens stabilitet och denna och överskottsvattnets fina fördelning i bruket gjutbar på konventionellt sätt. Det färska brukets stabilitet förhindrar S1OÛL189-7 12 effektivt ballastkornen att flyta upp i bruket innan detta stelnat.We expect current light ballast to have a grain density below 1200 kg / m3 and the amount corresponds to 40-80% by volume. Due to the stability of the air involved and this and the fine distribution of the excess water in the mill, a mixture thus prepared is castable in a conventional manner. The stability of the fresh mill effectively prevents the ballast grains from floating up in the mill before it solidifies.

Orsakerna härtill har redan beskrivits tidigare i texten.The reasons for this have already been described earlier in the text.

Det sfäriska partikelformiga materialet kan utgöras av tidigare be- skrivna typer.The spherical particulate material may be of the types previously described.

Föreliggande uppfinning har definierats i vidstående patentkrav och skall nu något ytterligare beskrivas i nedanstående exempel.The present invention has been defined in the appended claims and will now be described somewhat further in the following examples.

I exempel 1 och 2 samt 4-7 beskrivs framställningen av olika typer av partikelformiga material som satisfierar de i patentkraven angivna villkoren medan exempel 3 beskriver framställningen av ett partikel- formigt material som genom sin höga tensidhalt faller utanför dessa villkor.Examples 1 and 2 and 4-7 describe the production of different types of particulate materials which satisfy the conditions stated in the claims, while Example 3 describes the production of a particulate material which due to its high surfactant content falls outside these conditions.

Exempel 8-14 hänför sig till cementbruk och lättballastbetong fram- ställda på det för uppfinningen kännetecknande sättet.Examples 8-14 relate to cement mortar and light ballast concrete prepared in the manner characteristic of the invention.

EXEMPEL I I en 2 liters 3-halsad kolv försedd med omrörare, àterloppskylaren, termometer och intag för kvävgas satsades 600 g destillerat vatten, 4 g oxetylerad nonylfenol med 20 enheter etylenoxid, 64 g styren, 16 g 2-etylhexylakrylat och 0,7 g ammoniumpersulfat. Temperaturen höjdes till 83°C, varvid en polymerisation erhölls. Temperaturen steg 9100. Satsen kyldes till 85°C och 1 g oxetylerad nonylfenol med 20 enheter etylenoxid, 64 g styren, 16 g 2-etylhexylakrvlat, 0,2 g ammoniumpersulfat tillfördes. Reaktion erhölls och temperaturen steg till 92°C. Förfarandet enligt steg 2 upprepades ytterligare 3 gånger.EXAMPLE 2 A 2 liter 3-necked flask equipped with stirrer, reflux condenser, thermometer and nitrogen inlet was charged 600 g of distilled water, 4 g of oxyethylated nonylphenol with 20 units of ethylene oxide, 64 g of styrene, 16 g of 2-ethylhexyl acrylate and 0.7 g of ammonium persulfate . The temperature was raised to 83 ° C, whereby a polymerization was obtained. The temperature rose 9100. The batch was cooled to 85 ° C and 1 g of oxyethylated nonylphenol with 20 units of ethylene oxide, 64 g of styrene, 16 g of 2-ethylhexyl acrylate, 0.2 g of ammonium persulfate were added. Reaction was obtained and the temperature rose to 92 ° C. The procedure of step 2 was repeated 3 more times.

Efter reaktion av steg 5 hölls temperaturen vid 80°C under 1 timme, varefter kylning till 25°C. Vatten i steg (2-5) användes för upp- lösning av emulgator och initiator. Tabell över satsade mängder enl ovan.After reaction of step 5, the temperature was maintained at 80 ° C for 1 hour, after which cooling to 25 ° C. Water in steps (2-5) was used to dissolve the emulsifier and initiator. Table of quantities invested as above.

Tabell 1 (anger vikter i g) _Steq 1 Steg 2 Steg 3 Steg 4 Steg 5 Vatten destillerat ' 600 2 2 l 2 2 Oxetylerad nonfenol 20E0 4 _ T ' 1 1 1 Styren 64 64' 64 64 64 2-etylhexylakrylat 16 16 16 16 16 Ammoniumpersulfat 0,7 0,2 ; 0:2 0:2 9:2 13 8100489-7 Partikelstorlek för de vid ovan beskrivna reaktion framställda polymerpartik- larna bestämdes i svep- elektronmikroskop till 0,25-0,35 pm Den erhållna dispersionens torrsubstans var 40% EXEMPEL 2 Förfarandet enl Ex 1 upprepades med den skillnad som framgår av nedan- stående tabell.Table 1 (indicates weights in g) _Steq 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 Water distilled '600 2 2 l 2 2 Oxethylated nonphenol 20E0 4 _ T' 1 1 1 Styrene 64 64 '64 64 64 2-ethylhexyl acrylate 16 16 16 16 16 Ammonium persulfate 0.7 0.2; 0: 2 0: 2 9: 2 13 8100489-7 Particle size of the polymer particles prepared in the above-described reaction was determined in a scanning electron microscope to 0.25-0.35 μm. The dry matter of the dispersion obtained was 40%. EXAMPLE 2 The procedure according to Ex 1 was repeated with the difference shown in the table below.

Tabell 2 (anger vikter i g) Steg 1 Steg 2 Steg 3 Steg 4 Steg 5 Vatten, destillerat 600 2 2 2 2 Polyoxyetylen sorbitan monolaurat=0-etylenoxid 2 0,5 0,5 0,5 0,5 Mutylmetakrylat 48 48 48 48 48 Butylakrylat 32 32 32 32 32 Ammoniumpersulfat 0,7 0,2 0,2 0,2 0,2 Partikelstorlek bestämd i svepelektronmikroskop 0,45 pm Torrsubstans 39,8% EXEMPEL 3 Förfarande enligt exempel 1 upprepades med den skillnad som framgår av nedanstående tabell. Reaktionstemperatur 40-52°C.Table 2 (indicates weights in g) Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 Water, distilled 600 2 2 2 2 Polyoxyethylene sorbitan monolaurate = 0-ethylene oxide 2 0.5 0.5 0.5 0.5 Mutyl methacrylate 48 48 48 48 48 Butyl acrylate 32 32 32 32 32 Ammonium persulphate 0.7 0.2 0.2 0.2 0.2 Particle size determined in scanning electron microscope 0.45 μm Dry matter 39.8% EXAMPLE 3 The procedure of Example 1 was repeated with the difference shown below. Chart. Reaction temperature 40-52 ° C.

Tabell 3 (anger vikter i g) Steg 1 Steg 2 Steg 3 Steg 4 Steg 5 Vatten, destillerat 528 18 18 18 18 Oxetylerad nonylfenol med 10 E0 6 6 6 6 6 2-etylhexylakrylat 72 72 72 72 72 Metylmetakrylat 46 46 46 46 46 Akrylsyra 2 2 2 2 2 Ammoniumpersulfat 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Na-pyrosulfit 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Partikelstorlek bestämd med svepelektronmíkroskop 0,2-0,25 pm Torrsubstans 50,5% EXEMPEL 4 140 g granulat av polyetylen satsades i en trehalsad kolv försedd med återloppskylare, omrörare och termometer ochupphettades till 12500, varvid polyetylenet smälte. 5,6 g oxyetylerad oktylfenol med 40 en- heter etylenoxid satsades och omrördes 5 min. Till 828 g vatten som 8100489-7 14 värmts till 95-100°C satsades ovan beskrivna smälta under kraftig om- rörning. Temperaturen hölls vid 90°C under 0,5 timmar varefter kylning Partikelstorlek bestämd i svepeketronmikroskop 0,2-0,7 pm Torrsubstans 54,0% EXEMPEL 5 160 g vatten, 180 g asfalt med en mjukningspunkt 48-56°C(ASTM D-36) och 8,1 g polyoxyetylen sorbitan monostearat med 30 enheter etylen- oxid upphettas under tryck och 125°C under intensiv omrörning, var- vid en asfaltemulsion erhölls. Kylning till rumstemperatur.Table 3 (indicates weights in g) Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 Water, distilled 528 18 18 18 18 Oxethylated nonylphenol with 10 E0 6 6 6 6 6 2-ethylhexyl acrylate 72 72 72 72 72 Methyl methacrylate 46 46 46 46 46 Acrylic acid 2 2 2 2 2 Ammonium persulfate 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 Na-pyrosulfite 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 Particle size determined by scanning electron microscope 0.2-0.25 pm Dry matter 50.5% EXAMPLE 4 140 g of polyethylene granules were charged to a three-necked flask equipped with a reflux condenser, stirrer and thermometer and heated to 12500, whereby the polyethylene melted. 5.6 g of oxyethylated octylphenol with 40 units of ethylene oxide were charged and stirred for 5 minutes. 828 g of water heated to 95-100 ° C were charged with the above-described melt with vigorous stirring. The temperature was maintained at 90 ° C for 0.5 hours after which cooling Particle size determined in a scanning ketron microscope 0.2-0.7 μm Dry matter 54.0% EXAMPLE 5 160 g water, 180 g asphalt with a softening point 48-56 ° C (ASTM D -36) and 8.1 g of polyoxyethylene sorbitan monostearate with 30 units of ethylene oxide are heated under pressure and 125 ° C with intense stirring, whereby an asphalt emulsion is obtained. Cooling to room temperature.

Partikelstorlek bestämd i svepelektronmikroskop Å 0,2-0,7 pm Torrsubstans 54,0% EXEMPEL 6 En ej karboxylerad styren-butadiendispersion dialyserades för att bortskaffa på partiklarna, adsorberad tensid. Torrhalt bestämdes och till 100 g polymer-substans tillfördes under omrörning 3,5 g oxetyl- erad laurylalkol med 10 enheter etylenoxid.Particle size determined in scanning electron microscope Å 0.2-0.7 μm Dry matter 54.0% EXAMPLE 6 A non-carboxylated styrene-butadiene dispersion was dialyzed to dispose of the particles, adsorbed surfactant. Dry matter content was determined and to 100 g of polymeric substance was added with stirring 3.5 g of oxyethylated lauryl alcohol with 10 units of ethylene oxide.

Partikelstorlek bestämd i svepelektronmikroskop 0,28-0,37 pm EXEMPEL 7 En dispersion baserad på vinylidenklorid och butylakrylat dialyserades för att bortskaffa på partiklarna adsorberad tensid. Torrhalt be- stämdes och till 100 g polymersubstans tillfördes under omrörning 1 g oxetylerad cetylalkohol med 20 enheter etylenoxid.Particle size determined in scanning electron microscope 0.28-0.37 μm EXAMPLE 7 A dispersion based on vinylidene chloride and butyl acrylate was dialyzed to dispose of the surfactant adsorbed surfactant. Dry content was determined and to 100 g of polymeric substance was added with stirring 1 g of oxetylated cetyl alcohol with 20 units of ethylene oxide.

Partikelstorlek bestämd i elektronimikroskop 0,3-0,4 pm EXEMPEL 8 A) Standard portlandcement utan ballasttillsats utrördes med vatten i en laboratorieblandare för cementprovning. För att erhålla en sammanhâllande cementpasta fordrades en minsta tillsatt vatten- mängd motsvarande ett vattencementtal om 0,23.Particle size determined in electron microscope 0.3-0.4 μm EXAMPLE 8 A) Standard Portland cement without aggregate was stirred with water in a laboratory mixer for cement testing. In order to obtain a cohesive cement paste, a minimum amount of added water corresponding to a water cement number of 0.23 was required.

B) Försöket enligt A upprepades med en skillnaden att 1,2 viktsprocent räknat som torr produkt av de i exempel 2 beskrivna partiklarna tillfördes dispergerade i blandningsvattnet. I detta fall krävdes ett vattencementtal om ungefär 0,18 för att ge i huvudsak samma konsistens som under A.B) The experiment according to A was repeated with the difference that 1.2% by weight, calculated as dry product, of the particles described in Example 2 were added dispersed in the mixing water. In this case, a water cement number of about 0.18 was required to give essentially the same consistency as under A.

C) En ren cementpasta tillverkades enligt A dock med den skillnaden att 15 8100489-7 vattencementtalet denna gång var 0,35.C) A pure cement paste was manufactured according to A, however, with the difference that the water cement number this time was 0.35.

Då pastan fått vila i några minuter började vatten avskiljas på pastans yta d v s blödning inträder.When the paste had been allowed to rest for a few minutes, water began to separate on the surface of the paste, i.e. bleeding occurs.

D) En cementpasta tillverkad enligt B, dock med ett vattencementtal om 0,35, visade ingen som helst tendens till blödning framtill cementens hårdnande.D) A cement paste made according to B, however with a water cement number of 0.35, showed no tendency at all to bleed before the hardening of the cement.

Försöken visar att man på det för uppfinningen kännetecknade sättet kan minska vattenbehovet för samma konsistens samt minska blöd- ningstendensen i en ren cementpasta.The experiments show that in the manner characterized by the invention it is possible to reduce the water requirement for the same consistency and to reduce the bleeding tendency in a pure cement paste.

EXEMPEL 9 Ett cementbruk med följande sammansättning tillverkades enligt svenska bestämmelser för cementprovning: 500 g standardportlandcement 500 g normalsand 0-0,5 mm 500 g normalsand 0,5-1 mm 500 g normalsand 1-2 mm 250 g vatten Porstrukturen i detta standardbruk modifierades på nedan angivet sätt.EXAMPLE 9 A cement mortar with the following composition was manufactured in accordance with Swedish regulations for cement testing: 500 g standard Portland cement 500 g normal sand 0-0.5 mm 500 g normal sand 0.5-1 mm 500 g normal sand 1-2 mm 250 g water The pore structure in this standard mortar was modified in the manner indicated below.

A) Genom tillsats av i tabell 4 angivna mängder, räknat som torr polymer, av den i exempel 2 beskrivna akryldispersionen erhölls i tabellen angivna ändringar av brukets densitet.A) By adding the amounts of the acrylic dispersion described in Example 2 given in Table 4, calculated as dry polymer, changes in the density of the mill given in the table were obtained.

Tabell 4 Procentuell tillsats räknat på cementets vikt 0 1 2 4 Brukets färska densitet kg/m3 2140 2000 1860 1650 Procentuell ökning av luft- volym 0 6 13 22 Kännetecknande för den inblandade luften var dess stabila förankring i strukturen. De bildade luftporerna har en diameter med huvuddelen i området 5-30 um. Porstrukturen studerades i svepelektronmikroskop.Table 4 Percentage addition calculated on the weight of the cement 0 1 2 4 Fresh density of the mill kg / m3 2140 2000 1860 1650 Percentage increase in air volume 0 6 13 22 Characteristic of the air involved was its stable anchoring in the structure. The air pores formed have a diameter with the main part in the range 5-30 μm. The pore structure was studied under a scanning electron microscope.

Den starka förankringen av Jnftporerna i bruket framgår av att luft- innehållet inte märkbart förändrades då bruket vibrerats på vibro- bord i upp till 10 minuter.The strong anchoring of the Jnftpores in the mill is evident from the fact that the air content did not change significantly when the mill was vibrated on a vibrating table for up to 10 minutes.

EXEMPEL 10 Förfarande enl exempel 9 upprepades med partiklar enl ex 1, 3, 4, 5, 6 och 7. Densitet angiven i kg/m3. a1oo4s9-7 1.EXAMPLE 10 The procedure of Example 9 was repeated with particles according to Examples 1, 3, 4, 5, 6 and 7. Density given in kg / m 3. a1oo4s9-7 1.

Tabell 5 Procentuell tillsats på cementens vikt 1 2 4 Partiklar enl ex 1 2000 1840 1630 ex 3 1600 1550 1480 ex 4 1950 1840 1650 ex 5 1890 1800 1530 ex 6 1900 1810 1620 ex 7 1870 1780 1510 Kännetecknande för de bruk som tillförts partiklar enl ex 1, 4, 5, 6 och 7 var att den inblandade luften var mycket stabil. Luftinnehållet för- ändras inte då bruket vibrerats på víbrobord 10 min. Partiklar enl ex 3 hade vid motsvarande tillsatta mängd en god luftinblandande effekt med det erhållna bruket uppvisade vid vibrering dålig sammanhållning samt tendens till separation. Vidare förändrades luftinnehâllet. De bruk som tillförts partiklar enligt 1, 4, 5, 6 och 7 uppvisade luftporer i om- rådet 5-30 pm medan bruk enl exempel 3 innehöll Luftporer i omrâdet 50-250 pm.Table 5 Percentage addition on the weight of the cement 1 2 4 Particles according to ex 1 2000 1840 1630 ex 3 1600 1550 1480 ex 4 1950 1840 1650 ex 5 1890 1800 1530 ex 6 1900 1810 1620 ex 7 1870 1780 1510 Characteristic of the mills to which particles have been added according to examples 1, 4, 5, 6 and 7 was that the air involved was very stable. The air content does not change when the mortar is vibrated on a vibro table for 10 minutes. Particles according to Example 3 had a good air-mixing effect at the corresponding amount added, with the mortar obtained having poor cohesion and tendency to separation when vibrating. Furthermore, the air content changed. The mills to which particles according to 1, 4, 5, 6 and 7 were added showed air pores in the range 5-30 μm, while mills according to Example 3 contained air pores in the range 50-250 μm.

EXEMPEL 11 I en betongblandare iordningställdes en lättballastbetong med följande sammansättning: ä IE: Cement (std portland) 350 112 Lättballasttyp kulsintrad lera 0-5 mm 180 200 Lättballast typ kulsintrad lera 5-12 mm 6 240 400 Sand 0-2 mm 265 100 Vatten _l§Q 150 Lättballast 5-12 mm, lättballast 0-5 mm, cement och sand satsades i nämnd ordning, varefter torrblandning 1 min. Vatten tillsammans med par- tiklar, som till mängd och typ framgår av nedanstående sammanställning tillfördes och blandades 3 min. Betongen qöts i öppen form och vibrer- ades.EXAMPLE 11 In a concrete mixer a lightweight ballast concrete with the following composition was prepared: ä IE: Cement (std portland) 350 112 Lightweight ballast type ball sintered clay 0-5 mm 180 200 Lightweight ballast type ball sintered clay 5-12 mm 6 240 400 Sand 0-2 mm 265 100 Water _l§Q 150 Lightweight ballast 5-12 mm, lightweight ballast 0-5 mm, cement and sand were charged in the mentioned order, after which dry mix 1 min. Water together with particles, which in quantity and type are shown in the compilation below, was added and mixed for 3 minutes. The concrete was poured in open form and vibrated.

Följande bedömningsskala har använts vid gjutförsöken.The following assessment scale has been used in the casting experiments.

Qjgšbarhet och sammanhållning: 1 ll lngcn som helst sammanhållning. vid vlbrerinq segreqerar blandningen och lättballasten lämnar systemet.Compatibility and cohesion: 1 ll lngcn any cohesion. upon velvering, the mixture segregates and the light ballast leaves the system.

Viss sammanhållning, men tendenser till separation kan iakttas.Some cohesion, but tendencies towards separation can be observed.

N I! w 8100l|89-7 3 = Mycket god sammanhållning, ingen tendens till separation.N I! w 8100l | 89-7 3 = Very good cohesion, no tendency to separate.

Konsistens: För mätning av konsistens i lättballastbetong föreslås en metod beskriven i tysk DIN-norm (1048-1972). Utrustningen består av ett utbredningsbord 70 x 70 cm. Bordet skall väga 16 kg och ena kanten har en lyfthöjd be- gränsad till 4 cm.Consistency: For measuring consistency in lightweight aggregate concrete, a method described in the German DIN standard (1048-1972) is proposed. The equipment consists of a spread table 70 x 70 cm. The table must weigh 16 kg and one edge has a lifting height limited to 4 cm.

På bordet formas en stympad kon av betong med hjälp av en form 20 cm hög och en övre och undre diameter av respektive 13 och 20 cm. Formen ställes på bordets mitt och betongen komprimeras med en stötstång. Konen fylls i tvâ lika höga skikt och varje skikt packas med 10 stötar. Konen av- formas efter en halv minut. Därefter, med hjälp av handtaget, låter man bordet falla inom arbetsområdet 15 gånger under 15 sekunder. Utbred- ningen mätes därefter i två vinkelräta riktningar och anges i cm. Man kan också okulärt avgöra betongens sammanhållning och separationstend- enser.On the table, a truncated cone of concrete is formed by means of a mold 20 cm high and an upper and lower diameter of 13 and 20 cm, respectively. The mold is placed in the middle of the table and the concrete is compressed with a push rod. The cone is filled in two equally high layers and each layer is packed with 10 shocks. The cone is demoulded after half a minute. Then, with the help of the handle, let the table fall within the work area 15 times for 15 seconds. The extent is then measured in two perpendicular directions and stated in cm. One can also visually determine the cohesion and separation tendencies of the concrete.

Typ tillsats % tillsats Konsistens Sammanhållning på cementvikt (utbredn cm) Gjutbarhet (fast substans) _ 0 X 1 Partiklar enl Ex 1 1,2 31-33 3 Partiklar enl 1 Ex 1 1,5 33-35 Partiklar enl 3,5 35-37 3 Ex 1 Partiklar enl Ex 2 0,9 29-31 3 Partiklar enl Ex 2 1,3 32-34 3 Partiklar enl Ex 3 1,0 33-35 1,5-2 Partiklar enl Ex 5 0,8 28-30 3 Partiklar enl Ex 5 1,1 31-33 3 Partiklar enl Ex 4 1,6 33-34 3 Barra 55L 0,15 35-36 1 Barra 55L 0,6 36-37 1 UCR 0,03 33-34 1 Natriumlauryl- sulfat 0,4 36-38 1 Addukt etylenoxid nonylfenol (20E0) 0,5 34-37 1 Addukt etylcnoxid launylalkohol(10E0) 1,0 33-36 1 8100489-7 18 BARRA 55L är en komersiell produkt som marknadsförs som luftblandare.Type of additive% additive Consistency Cohesion by cement weight (width cm) Castability (solid) _ 0 X 1 Particles according to Ex 1 1,2 31-33 3 Particles according to 1 Ex 1 1,5 33-35 Particles according to 3,5 35- 37 3 Ex 1 Particles according to Ex 2 0.9 29-31 3 Particles according to Ex 2 1.3 32-34 3 Particles according to Ex 3 1.0 33-35 1.5-2 Particles according to Ex 5 0.8 28- 30 3 Particles according to Ex 5 1.1 31-33 3 Particles according to Ex 4 1.6 33-34 3 Barra 55L 0.15 35-36 1 Barra 55L 0.6 36-37 1 UCR 0.03 33-34 1 Sodium lauryl sulphate 0.4 36-38 1 Adduct ethylene oxide nonylphenol (20E0) 0.5 34-37 1 Adduct ethylcene oxide launyl alcohol (10E0) 1.0 33-36 1 8100489-7 18 BARRA 55L is a commercial product marketed as an air mixer .

Dess funktion är närmast att anse vara en tensidtyp. Rekommenderade till- satsmängder ligger vid 50 cm3/100 kh cement, d v s omkirng 0,5 o/oo.Its function is almost to be considered a type of surfactant. Recommended additive amounts are 50 cm3 / 100 kh of cement, ie around 0.5 o / oo.

UCR är en komersiell produkt som anses ge ett bruk med bättre sammanhål- lning (vattenförtjockare) och därigenom kunna förhindra separation mellan bruk och ballast. Huvudkomponenten i UCR anses vara polyetylenoxid.UCR is a commercial product that is considered to provide a mill with better cohesion (water thickener) and thereby be able to prevent separation between mill and ballast. The main component of UCR is considered to be polyethylene oxide.

Konsistens ändras omedelbart vid användandet av Barra SSL, beskrivna tensider och partiklar enligt uppfinningen. Detta tar sig i uttryck i ökad utbredning vid test av konsistens. Ingen som helst sammanhållande effekt erhölls vid användandet av Barra, UCR eller tensider. Partiklar enligt Ex 3 med högre tensidhalt i jämförelse med partiklar enligt upp- finningen var tendensiöst bättre, uppvisade dock förhållandevis grov luftporstorlek. Den dåliga sammanhållningen måste tillskrivas den höga tensidhalten och partikelïskarboxylinnehåll, vilket medför sämre af- finitet av tensid till partikeln.Consistency changes immediately with the use of Barra SSL, described surfactants and particles according to the invention. This is expressed in increasing prevalence when testing consistency. No cohesive effect was obtained with the use of Barra, UCR or surfactants. Particles according to Ex 3 with a higher surfactant content in comparison with particles according to the invention were tendentiously better, but showed a relatively coarse air pore size. The poor cohesion must be attributed to the high surfactant content and particulate carboxyl content, which leads to poorer affinity of surfactant to the particle.

Exempel 12-14 beskriver olika lättballastkompositioner med konstant volym lättballast (65 volyms-%) och varierande cementmängd i bruket.Examples 12-14 describe different light ballast compositions with a constant volume of light ballast (65% by volume) and varying amounts of cement in the mill.

De i respektive exempel testade kompositionernas sammansättning framgår av nedanstående tabeller. Utan extra tillsatser bedömdes samtliga bland- ningar som svârgjutbara.The composition of the compositions tested in each example is shown in the tables below. Without extra additives, all mixtures were judged to be difficult to pour.

EXEMPEL 12 .Kí ää Cement 250 80 Lättklinker 0-3 mm 175 163 Lättklinker 3-20 mm 195 325 Lättklinker 10-20 mm 85 162 Sand Q-2 mm 239 90 Vatten _l§Q _ _l§Q EXEMPEL 13 E: 2325 Cement std 314 100 Lättklinker 0-3 mm 175 163 Lättklinker 3-10 mm 85 162 Sand 0-2 mm 186 70 Vatten _l§Q _l§Q EXEMPEL 1 4 p - 52 11.133 Cement atd 377 120 Lättklinker 0-3 mm 175 163 Lättklinker 3-10 mm 195 325 19 8100489-'7 *il Eli Lättklinker 10-20 mm 80 162 Sand 0-2 mm 133 ~ 50 Vatten êﬂåg êáêg De färska blandningarna modifierades därefter på det för uppfinningen kännetecknade sättet genom tillsats av det i exempel 1 beskrivna par- tikelformiga materialet. Olika mängder mellan O och 2 % tillsats testades.EXAMPLE 12 .Kí ää Cement 250 80 Lightweight tiles 0-3 mm 175 163 Lightweight tiles 3-20 mm 195 325 Lightweight tiles 10-20 mm 85 162 Sand Q-2 mm 239 90 Water _l§Q _ _l§Q EXAMPLE 13 E: 2325 Cement std 314 100 Lightweight tiles 0-3 mm 175 163 Lightweight tiles 3-10 mm 85 162 Sand 0-2 mm 186 70 Water _l§Q _l§Q EXAMPLE 1 4 p - 52 11.133 Cement atd 377 120 Lightweight tiles 0-3 mm 175 163 Lightweight tiles 3-10 mm 195 325 19 8100489-'7 * il Eli Lightweight clinker 10-20 mm 80 162 Sand 0-2 mm 133 ~ 50 Water ê ﬂ åg êáêg The fresh mixtures were then modified in the manner characterized by the invention by adding the one in Example 1 described particulate matter. Different amounts between 0 and 2% additive were tested.

Med ökad cementhalt och tillsatsmedelmängd erhölls en förbättrad gjut- barhet. De testade kompositionernas tryckhållfasthet kontrollerades efter 28 dygn samtidigt som skrymdensiteten bestämdes.With increased cement content and amount of additive, improved castability was obtained. The compressive strength of the tested compositions was checked after 28 days while the bulk density was determined.

Härvid uppmätta värden redovisas i kurvform på figur 1 och 2. Samtliga värden avser väl kompakterade blandningar. Pâ figur 3 redovisas de olika kompositionernas vattencementtal. I figur 1 har områden I, II och III markerats. Dessa anger de ungefärliga gränserna för Område I: icke gjutbar betong Område II: gjutbar betong som dock kan segregera, d.v s en avskilj- ning av ballasten kan ske.Measured values are reported in curve form in Figures 1 and 2. All values refer to well-compacted mixtures. Figure 3 shows the water cement numbers of the different compositions. In Figure 1, areas I, II and III have been marked. These indicate the approximate boundaries of Area I: non-pourable concrete Area II: pourable concrete which can, however, segregate, i.e. a separation of the ballast can take place.

Område III: gjutbar betong utan segregationstendenser.Area III: pourable concrete without segregation tendencies.

Av figur 1 och 2 framgår att man vid låga tillsatsmängder inom område I, särskilt vid låga cementmängder, erhåller en anmärkningsvärt låg skrym- densitet. Detta förklaras av dess blandningars stora inre friktion som förhindrar en komprimering av gjutmassan. Den låga densiteten hänför sig sålundatill relativt grova komprimeringsporer och ej till en finfördelad inblandad luft.Figures 1 and 2 show that at low additive amounts within area I, especially at low cement amounts, a remarkably low bulk density is obtained. This is explained by the large internal friction of its mixtures which prevents a compression of the casting mass. The low density thus refers to relatively coarse compression pores and not to a finely divided mixed air.

Claims

8100h89'7 20 PATENTKRAV

A method of producing a lightweight ballast concrete, with a ballast percentage of 45-80% by volume and a total density below 1400kg / m3, of a cement mill, comprising cement, sand, water and air to a density of 1200-2000kg / m3, which completely fills the space between the ballast grains, which in turn have a grain density of less than 1200 kg / m3, is characterized in that a withdrawal of finely divided air in the fresh mill is initiated by incorporating in it the same before the mixing of the light ballast 0.2-5.0 % by weight based on the amount of cement contained in the mill of a relatively chemically inert otherwise particulate in itself hydrophobic product consisting of spherical particles of the order of 0.1-1.0 μm on the surface of which a non-ionic surfactant is adsorbed in an amount corresponding to 0, 1-5.0% by weight based on the said product.

Process according to Claim 1, characterized in that a homopolymer or copolymer of styrene and / or one or more esters of acrylic or methacrylic acid of the general formula R 1 CH 2 = C - COORZ where R 1 = H or CH 3 and R 2 = an alcohol radical having 1-8 carbon atoms.

3. A method according to claim 2, characterized in that a copolymer of styrene-butadiene or a copolymer of acrylic-vinylidene chloride or pure is selected as the particulate hydrophobic product. vinylidene chloride.

4. A method according to claim 2, characterized in that polyethylene is chosen as the particulate hydrophobic product.

5. A method according to claim 2, characterized in that a non-synthesized natural product such as asphalt is chosen as the particulate hydrophobic product. ANFÖRDA uPußLIKAdT1oNER =